基于DSP的混合動(dòng)力汽車綜合顯示儀設(shè)計(jì)

一 引言

　　混合動(dòng)力汽車通常是指同時(shí)由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的汽車。汽車?yán)萌加蜋C(jī)和電力兩種動(dòng)力系統(tǒng)通過串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的形式進(jìn)行組合工作。這兩種動(dòng)力源在汽車不同的行駛狀態(tài)下可分別工作，或同時(shí)工作，運(yùn)用最優(yōu)的控制方法達(dá)到最少的燃油消耗和尾氣排放，實(shí)現(xiàn)省油和環(huán)保的目的。混合動(dòng)力汽車由于具有兩套動(dòng)力系統(tǒng)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，在控制難度提高的同時(shí)，也對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及顯示的實(shí)時(shí)性和可靠性提出更高的要求，如果能將不同動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及時(shí)地反映給駕駛員，為駕駛員提供更為全面的行車咨詢，對(duì)混合動(dòng)力汽車而言CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，顯得尤為重要。目前，我國普遍生產(chǎn)使用的是燃油汽車，相應(yīng)地，我國目前普遍采用的步進(jìn)電機(jī)式數(shù)字儀表也是針對(duì)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)而設(shè)計(jì)。如果在已有的步進(jìn)電機(jī)式儀表面板中設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的圖象來顯示混合動(dòng)力汽車相關(guān)參數(shù)，特別是反映動(dòng)力源工作狀態(tài)的參數(shù)，將很難保證顯示系統(tǒng)的清晰性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。針對(duì)這種現(xiàn)狀，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款以彩色液晶顯示器為終端的基于TI公司TMS320F2812 DSP的混合動(dòng)力汽車綜合顯示儀。

　　該顯示儀從CAN總線獲取所需數(shù)據(jù)，由TMS320F2812 DSP處理數(shù)據(jù)并通過MAX232送往彩色液晶，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與"預(yù)置畫面"相結(jié)合的動(dòng)態(tài)顯示，并可隨時(shí)根據(jù)需要，由軟件實(shí)現(xiàn)顯示界面的擴(kuò)充。這一系列任務(wù)在硬件支持的情況下全部由軟件編程實(shí)現(xiàn)。

　　1. CAN總線技術(shù)

　　目前存在多種汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，控制局域網(wǎng)絡(luò)(Control Area Network, CAN)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。它有效支持分布式控制及實(shí)時(shí)控制，并采用了帶優(yōu)先級(jí)的CSMA／CD協(xié)議對(duì)總線進(jìn)行仲裁。因此，CAN總線允許多站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，這樣，既保證了信息處理的實(shí)時(shí)性CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，又使得CAN總線網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外，CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，且每幀信息都有校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、低傳輸出錯(cuò)率。

　　目前，汽車上主要有2條CAN 總線，即低速(L)與高速(H)CAN總線CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，低速線路工作在125kb/s以內(nèi)，主要控制車身及舒適系統(tǒng)(中央門鎖、車窗、天窗、收音機(jī)、座椅、安全氣囊等)；高速線路工作在125kb/s以上，主要控制動(dòng)力系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、制動(dòng)系統(tǒng)以及防側(cè)滑系統(tǒng)、綜合顯示儀等)，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，總線的數(shù)量會(huì)越來越多，功能越來越強(qiáng)大。在汽車內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可達(dá)到信息共享、減少布線、降低成本以及提高總體可靠性的目的。在國外控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，尤其是歐洲，CAN網(wǎng)絡(luò)已被廣泛應(yīng)用在汽車上，如奔馳、寶馬、寶時(shí)捷等車。

　　2. TMS320F2812 DSP芯片

　　TMS320F2812是美國TI公司最新研制的2000系列數(shù)字信號(hào)處理器，是面向電機(jī)控制、工業(yè)自動(dòng)化的第一款帶片內(nèi)Flash、工作頻率達(dá)到150MHz的32位DSP。它采用經(jīng)典哈佛總線結(jié)構(gòu)，利用多總線在存儲(chǔ)器、外圍模塊和CPU之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，這種多總線結(jié)構(gòu)使得它可以在一個(gè)周期內(nèi)并行完成取指令、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)，同時(shí)它采用了指令流水線技術(shù)，保證信號(hào)處理的快速性和實(shí)時(shí)性。

二 混合動(dòng)力汽車綜合顯示儀的設(shè)計(jì)

　　1. 設(shè)計(jì)思想

　　本設(shè)計(jì)利用車輛網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，從CAN總線上采集混合動(dòng)力汽車綜合顯示儀所需要的數(shù)據(jù)，如車速、轉(zhuǎn)速、檔位、電池荷電狀態(tài)(SOC)、動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)等，經(jīng)DSP處理后進(jìn)行各種實(shí)時(shí)控制和顯示。區(qū)別于傳統(tǒng)的儀表面板，本設(shè)計(jì)采用彩色液晶顯示器作為顯示終端動(dòng)態(tài)顯示所采集并用軟件處理過的數(shù)據(jù)，可隨時(shí)根據(jù)需要，由軟件實(shí)現(xiàn)顯示界面的修改和擴(kuò)充。使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時(shí)、準(zhǔn)確，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。TMS320F2812芯片則保證了信號(hào)處理的快速性、實(shí)時(shí)性以及通信設(shè)計(jì)的方便。

　　2. 顯示儀的硬件設(shè)計(jì)

　　該顯示儀的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：電源復(fù)位電路、CAN通信接口電路、SCI通信與電平隔離轉(zhuǎn)換電路、液晶接口電路等。F2812不斷地從CAN總線上獲取數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算處理后，由SCI經(jīng)過MAX232送往YD711彩色智能液晶顯示器，與"預(yù)置畫面"組合顯示。